CN210648953U - 焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及焊接技术领域，提供焊接系统。焊接系统包括焊接机器人、安装于所述焊接机器人的焊枪以及所述焊枪的焊接电源，还包括：电源传感器，检测焊接电源的实际电流/实际电压；第一处理模块，连接电源传感器，获取实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系；控制模块，基于实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系调整焊枪的运行速度或者焊枪的送丝速度。本实用新型的焊接系统当焊接电源电压、电流等个别参数由于线路原因或设备可靠性等原因发生突然变化的时候，可以自动调整其它参数以适应电源电压、电流等参数变化带来的影响，从而保证焊接出来的焊缝与设计值偏差比较小，避免在焊接过程当中出现不规则的焊点。

Description

焊接系统

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，尤其涉及焊接系统。

背景技术

焊接，也称作熔接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接可分为人工焊接和自动化焊接。人工焊接主要是焊工手持焊枪，边焊接边观察焊缝情况，根据焊缝情况，实时调整焊接工艺参数，如焊接电压、焊接电流、焊丝进丝速度、焊接速度等参数。其主要特点是灵活，可实现各种焊接。其主要缺点是：工人的劳动强度大，作业环境差，容易产生职业病；受工人的劳动技能影响大，技术水平高的工人焊接质量高，技术水平低的工人焊接质量差；焊接质量容易受焊工情绪影响，情绪平稳时焊缝质量高，情绪波动大时，焊缝质量差。

现如今，主要的自动化焊接是焊接机器人带动焊枪进行自动化焊接。其主要过程是，把焊枪安装在焊接机器人上，连接焊接电源、焊丝、保护气体等。通过人工操作焊接机器人示教器或通过离线编程这两种手段进行机器人的运动轨迹设定，然后机器人根据设定好的焊接路径和焊接参数进行焊接。不管是运用示教器还是离线编程软件进行机器人运动轨迹设定，均存在如下不足：焊接过程中，不能根据焊缝局部截面情况，调整焊接参数。焊接机器人只能根据设定好的轨迹进行运动，焊接电流、电压等参数只能根据设定好的参数运行，不能根据焊接前序实际截面情况进行参数的调整。

普通机器人自动化焊接过程中，焊接电源电压、电流等个别参数由于线路原因或设备可靠性等原因，可能会和理论值存在较大偏差，在现行的技术中，不能自动调整其它参数值去适应个别参数变化带来的影响。例如在人的手工焊接中，由于某种原因焊接电源的电压或者电流突然升高，导致焊丝熔化加快，为了保证设定的焊缝大小，目视到焊丝加快的焊接工人可以加快焊枪运行的速度，从而保证焊接出来的焊缝与设计值偏差比较小。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本实用新型的其中一个目的是：提供一种焊接系统，解决现有技术中存在的焊接电源或者电压突然升高时，无法自动调整其它参数去适应个别参数变化带来的影响的问题。

为了实现该目的，本实用新型提供了一种焊接系统，包括焊接机器人、安装于所述焊接机器人的焊枪以及所述焊枪的焊接电源，还包括：

电源传感器，检测所述焊接电源的实际电流/实际电压；

第一处理模块，连接所述电源传感器，获取所述实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系；

控制模块，连接所述第一处理模块，基于所述实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系调整所述焊枪的运行速度或者焊枪的送丝速度。

在一个实施例中，所述焊接系统还包括：

焊接检测传感器，位于所述焊枪前方，测量焊接前序缺口的实际截面参数；

第二处理模块，连接所述焊接检测传感器，获取所述实际截面参数和理论截面参数之间的关系，发送给所述控制模块；

所述控制模块基于所述实际截面参数和理论截面参数之间的关系控制所述焊接电源的电压/电流、所述焊枪的运行轨迹、运行速度或者送丝速度。

在一个实施例中，所述焊接检测传感器包括线激光传感器或线阵相机。

在一个实施例中，所述焊接系统还包括：

位置调整机构，所述焊接检测传感器安装于所述位置调整机构，所述位置调整机构将所述焊接检测传感器调整至所述焊枪的后方，所述焊接检测传感器测量焊枪焊接得到焊缝的实际质量参数。

在一个实施例中，所述焊接系统还包括：

显示器，连接所述焊接检测传感器，显示所述焊缝的实际质量参数。

在一个实施例中，所述焊接系统包括：

上位机；

焊接变位机，与所述上位机以及显示器一体化；

焊丝，安装于所述焊枪；

保护气管，向所述焊丝提供保护气体；

送丝机，安装所述焊丝并调节所述焊丝的送丝速度。

在一个实施例中，所述焊接系统还包括：

流量传感器，安装于所述保护气管，测量所述保护气管送气流量；

保护气瓶，连接所述保护气管，向所述保护气管提供保护气体的气源。

在一个实施例中，控制柜，安装于所述焊接机器人，调节所述焊接机器人的焊接参数。

本实用新型的技术方案具有以下优点：本实用新型的焊接系统当焊接电源电压、电流等个别参数由于线路原因或设备可靠性等原因发生突然变化的时候，可以自动调整其它参数以适应电源电压、电流等参数变化带来的影响，从而保证焊接出来的焊缝与设计值偏差比较小，避免在焊接过程当中出现不规则的焊点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的焊接系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中焊接检测传感器的安装示意图；

图3是本实用新型实施例中焊接系统的工作过程示意图；

图4是本实用新型实施例中V型焊缝的断面示意图；

图5是本实用新型实施例中上位机给出的各道焊缝的结构示意图；

图6(a)是本实用新型实施例中焊缝局部肥大的工件的结构正视示意图；

图6(b)是本实用新型实施例中焊缝局部肥大的工件的结构剖视示意图；

图7是本实用新型实施例中显示有正常焊缝截面轮廓线和肥大焊缝截面轮廓线的工件的结构剖视示意图；

图8(a)是本实用新型实施例中上位机中焊接专家系统自动规划的前面五道焊缝的结构示意图；

图8(b)是本实用新型实施例中实际焊接过程中得到的五道焊缝的结构示意图；

图中：1、上位机；2、显示器；3、焊接变位机；4、工件；5、焊接检测传感器；6、焊枪；7、焊丝；8、保护气管；9、流量传感器；10、送丝机；11、焊接机器人；12、焊接电源；13、保护气瓶；14、控制柜；15、位置调整机构；16、正常焊缝截面轮廓线；17、肥大焊缝截面轮廓线；18、焊缝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参见图1和图2，实施例的焊接系统，包括焊接机器人11、焊枪6以及焊枪6的焊接电源12，焊枪6安装于焊接机器人11。此外，焊接系统还包括电源传感器、第一处理模块和控制模块(图中未示出)。其中，电源传感器检测焊接电源12的实际电流/实际电压，第一处理模块连接电源传感器，获取实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系；控制模块连接第一处理模块，基于实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系调整焊枪6的运行速度或者焊枪6的送丝速度。

其中，电源传感器可以采用现有技术中已经公开的电流表、电压表、电磁式电流互感器、电子式电流互感器或者霍尔电压传感器等。

而第一处理模块主要作用在于获取电源传感器的实际电流或者实际电压值，并将获取的实际电流或者实际电压，与理论电流或者理论电压进行对比，得到实际电流与理论电流之间的关系，或者得到实际电压与理论电压之间的关系。因此，第一处理模块可以采用现有技术中任意具有比对判断功能的单片机。

此外，控制模块基于第一处理模块得到的实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系调整焊枪6的填充量。例如，当实际电流大于理论电流的时候，此时为了避免焊接过程中焊料填充量太大导致焊缝尺寸超过理论尺寸，可以提高焊枪6的运行速度，或者也可以降低焊枪6的送丝速度。

具体的，假设a＝实际电流/理论电流，那么a和焊枪6的运行速度呈正比，和焊枪6的送丝速度呈反比。a越大，则焊枪6的运行速度越大，焊枪6的送丝速度越小。进而，控制模块基于a的大小调整焊枪6的运行速度或者焊枪6的送丝速度。该种控制模块可以采用现有技术当中比例调节器，只要能够按偏差的大小成比例地输出连续信号以控制执行器(焊枪6、机器人或者送丝机10等)即可。

同样的，当控制模块获取的是实际电压/理论电压的时候，控制模块对焊枪6的运行速度或焊枪6的送丝速度的控制原理和上述相同，此处不再赘述。

该种焊接系统，当焊接电源12电压、电流等个别参数由于线路原因或设备可靠性等原因发生突然变化的时候，可以自动调整其它参数以适应电源电压、电流等参数变化带来的影响，从而保证焊接出来的焊缝与设计值偏差比较小，避免在焊接过程当中出现不规则的焊点。

在一个实施例中，焊接系统还包括焊接检测传感器5和第二处理模块。其中，焊接检测传感器5位于焊枪6前方，测量焊接前序缺口的实际截面参数；第二处理模块，连接焊接检测传感器5，获取实际截面参数和理论截面参数之间的关系，发送给控制模块；控制模块基于实际截面参数和理论截面参数之间的关系控制焊接电源12的电压/电流、焊枪6的运行轨迹、运行速度或者送丝速度。

其中，“焊接前序缺口”也即待焊接缺口，包括经过前道焊接工序的待焊接缺口。

焊接检测传感器5可以采用现有技术中的线激光传感器、线阵相机或红外传感器等。例如，当焊接检测传感器5为线激光传感器的时候，通过向焊接前序缺口发射激光，进而得到焊接前序缺口表面各个点的位置信息，最终得到焊接前序缺口的整体轮廓。

再例如，当焊接检测传感器5为线阵相机的时候，线阵相机对焊接前序缺口逐行连续扫描，以达到对焊接前序缺口整个表面均匀检测的目的。线阵相机可以对焊接前序缺口图象一行一行进行处理,或者对由多行组成的面阵图象进行处理。另外线阵相机非常适合该种测量场合，线阵相机具有高分辨率，它可以准确测量到微米。

第二处理模块同样可以采用现有技术当中具有比对判断功能的单片机。

控制模块和第二处理模块连接，获取实际截面参数和理论截面参数之间的关系。例如，当实际截面参数当中的宽度值大于理论截面参数当中的宽度值，此时为了避免焊接过程中焊料填充量太小导致焊缝尺寸小于理论尺寸，可以降低焊枪6的运行速度，或者也可以提高焊枪6的送丝速度。

具体的，假设b＝实际截面参数当中的宽度值/理论截面参数当中的宽度值，那么b和焊枪6的运行速度呈反比，与焊接电源12的电压、焊接电源12的电流以及焊枪6的送丝速度呈正比。b越大，则焊枪6的运行速度越小，焊接电源12的电压、焊接电源12的电流以及焊枪6的送丝速度越大。进而，控制模块基于b的大小调整焊枪6的运行速度、焊接电源12的电压、焊接电源12的电流以及焊枪6的送丝速度。上述提及的比例调节器就可以作为此处的控制模块满足相应控制需求。

同样的，当控制模块获取的是实际截面参数当中其它参数与对应理论参数之间的关系的时候，控制模块对焊枪6的运行速度、焊接电源12的电压、焊接电源12的电流以及焊枪6的送丝速度的控制原理和上述相同，此处不再赘述。

在一个实施例中，焊接系统还包括位置调整机构15。其中，焊接检测传感器5安装于位置调整机构15，位置调整机构15将焊接检测传感器5调整至焊枪6的后方，焊接检测传感器5测量焊枪6焊接得到焊缝的实际质量参数。

当焊接检测传感器5位于焊枪6后方的时候，焊接系统具有先焊接、后检测的流程。且该种焊接系统把原先由人工完成的焊缝表面质量检测，改由自动化设备来进行检测，不需要人工的参与，可实现边焊接边检测，进而提高检测效率，缩短检测时间。而人工焊缝表面质量检测基本均是焊接完成后再进行检测。

进一步的，焊接系统还包括显示器2，连接焊接检测传感器5，显示焊缝的实际质量参数。该种焊接系统记录连续的焊缝表面质量信息，并可图像化输出；而人工记录的焊缝表面则是离散而非连续的。

在一个实施例中，焊接系统还包括第三处理模块，获取焊缝的实际质量参数，并建立实际质量参数与焊缝位置之间的对应关系。显示器2连接第三处理模块，获取实际质量参数与焊缝位置之间的对应关系并显示。

第三处理模块可以采用现有技术中公开的单片机，其目的仅仅在于将不同参数之间进行关联，因此现有技术很多单片机都可以满足该需求。第三处理模块将实际质量参数与焊缝位置进行关联之后，为了便于直观观察，可以通过二维曲线图进行显示。

进一步的，焊接系统还包括判断模块。判断模块连接焊接检测传感器5，获取焊枪6焊接得到焊缝的实际质量参数，将实际质量参数和理论质量参数之间进行比对，并基于比对得出焊缝缺陷类型，缺陷类型包括凹坑、凸起或咬边等。

进一步的，焊接系统还包括上位机1、焊接变位机3、焊丝7、保护气管8和送丝机10。

其中，上位机1可以包括上文提及的第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块和控制模块等。由此可知上位机1为整个焊接系统的控制核心，主要用于采集信号、收发指令、存储与处理采集的参数。而显示器2则对焊缝表面质量乃至焊接前序缺口进行显示。焊接变位机3上安装有等待焊接与检测的工件4，焊接变位机3对工件4的位置进行调整，以便于焊接和检测。其中，焊接变位机3可以与上位机1以及显示器2一体化设置，请再次参见图1。焊丝7安装于焊枪6，在焊枪6工作的时候为焊枪6提供焊料。保护气管8向焊丝7提供保护气体，保证焊接过程正常进行。送丝机10安装焊丝7并调节焊丝7的送丝速度。

进一步的，焊接系统包括流量传感器9、保护气瓶13和焊接电源12。流量传感器9安装于保护气管8，测量保护气管8送气流量；保护气瓶13，连接保护气管8，向保护气管8提供保护气体的气源。

此外，焊接系统还包括控制柜14，安装于焊接机器人11，调节焊接机器人11的焊接参数。

焊接系统工作时，人工或者通过其它方式将焊件上的焊缝参数及几何模型输入到上位机1中的焊接专家系统中，焊接专家系统根据待焊焊缝的理论值，预先规划出待焊焊缝的道次顺序和各道次焊接参数。由人工提前提前示教或离线编程规划好的大致焊接路径。

请参见图3，其给出了焊接系统的主要作业流程图，开始工作后，位于焊枪6前面的焊接检测传感器5，先于焊枪6到达焊接位置，焊接检测传感器5实时检测焊接前序缺口的尺寸，采集截面数据，传给上位机1处理。其中，焊接检测传感器5可以对一个微段的焊接前序缺口截面进行数据采集，并把这一微段的理论截面数据传输到上位机1中进行点云处理，并生成该微段焊缝曲面，再对该微段曲面数据进行处理。上位机1把检测到的实际截面参数与理论截面参数进行对比，判断应该增大填充量还是减小填充量或者是填充量保持不变。

如果待填充面积小于理论填充面积，则可以把数字化焊接电源12中电压降低、电流降低。或者在保持电流电压不变的情况下，提高焊接速度，从而保证本道次的焊接填充量。再或者，可以在保持电流电压不变的情况下，降低送丝速度。

如果待填充面积与理论填充面积对比变化比较小，则各焊接参数保持不变。

如果待填充面积大于理论填充面积，则可以把数字化焊接电源12中电压升高、电流加大。或者在保持电流电压不变的情况下，降低焊接速度，从而保证本道次的焊接填充量。再或者，可以在保持电流电压不变的情况下，提高送丝速度。

如果该焊接前序缺口出现与理论截面出现偏移，则可以根据实际检测到的位置数据，由上位机1处理后，把位置数据传给机器人控制器，机器人控制器对机器人的运行轨迹进行偏移，从而保证焊缝质量。

在焊接过程中，如果由于电源的突然波动，导致焊接电流、电压参数随着波动，则由于上位机1是在实时检测焊接电源12电流、电压等参数的，当上位机1监测到这些参数在波动的时候，则可通过自动调整焊接速度和焊丝7送线速度对电压电流波动造成的影响进行补偿，从而保证焊接质量。

以对接焊缝V型焊缝为例，请参见图4，图4所示为对接V型坡口示意图，其主要参数有A-上坡口宽度、B-下坡口间隙、C-板厚、D-钝边厚度、E开口角度。在实际的生产中，由于原料的不均匀性，板厚C一定是一个波动值；由于开坡口与焊前组对的原因，其它几个参数一样是一个变化值，有时这些值的变化会比较大。

对于焊接图4中的对接V型焊缝，根据之前的经验，依据理论尺寸A、B、C、D、E等参数，上位机1中的焊接专家系统可给出如图5所示的焊接顺序及焊接各序的焊接参数。图5、图8(a)和图8(b)中各道焊缝18当中对应的序号为焊接工序的序号。

但是，由于前序加工的原因，此焊缝18不同的实际截面参数，肯定与理论截面参数有偏差，在这种情况下，如果按照常规的各道次定参数焊接，最终的结果就是得不到理想均匀的焊缝18质量。

在焊接生产过程中，通常会存在间断性的不规则组焊焊点，在这种位位置，如果不采取必要的手段而运用不变的焊接参数去完成焊接，必将出现图6(a)和图6(b)所示中焊缝局部肥大现象。

如图7所示，其显示有正常焊缝截面轮廓线16和肥大焊缝截面轮廓线17。实施例采用在焊枪6前设置焊接检测传感器5，能把检测到的焊接前序实际截面与理论截面数据传给上位机1处理，如果前序已填充截面比理论值大，则可通过提高焊接速度或减小焊接电流等方法，实时调整参数，得到平滑规范的焊缝；反之，如果前序已填充截面比理论值小，则可通过减小焊接速度或增大焊接电流等方法，实时调整参数，同样可得到平滑规范的焊缝。

图8中，图8(a)为上位机1中焊接专家系统自动规划的前面五道焊缝18，由于由某种原因，造成图8(b)的前四道焊缝18截面比8(a)中的前四道焊缝18小，当焊缝18截面检测传感器检测到这些数据时，就传回上位机1中处理，可以通过增大焊接电源12的输出电流或减小焊枪6的焊接速度，也就是增加图8(b)中第五道次的填充量，从而得到更接近理论值的焊缝18质量。

以上焊接系统可以实现焊接坡口(焊接前序缺口)自动化检测，并且当焊接分为多道工序进行的时候，可以对前道工序中焊缝18截面进行实时检测，将检测到的前序缺口的实际截面参数和理论截面参数进行比对，基于比对结果对焊接参数进行调整，进而获得较优焊接质量。

综上，该种焊接系统可以降低焊接坡口机加工的精度要求，并可以降低焊接前工件4组焊精度的要求，通过实时调整焊接参数，对前序焊接偏差具有一定的纠偏调整作用。并且，上述焊接系统可适用于不同的焊缝种类，提高焊缝质量，监测各种焊接参数，当某个参数出现波动时，可适当调整其它参数进行补偿，实现闭环控制焊接。

根据本实用新型的一个实施例，提供一种焊接方法，包括：

获取焊枪6的焊接电源12的实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系；

基于所述实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系调整所述焊枪6的运行速度或者焊枪6的送丝速度。

进一步的，上述方法还包括：

获取焊接前序缺口的实际截面参数和理论截面参数之间的关系；

基于所述实际截面参数和理论截面参数之间的关系控制所述焊接电源12的电压/电流、所述焊枪6的运行轨迹、运行速度或者送丝速度。

上述方法当中的执行主体可以为上位机1。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种焊接系统，包括焊接机器人、安装于所述焊接机器人的焊枪以及所述焊枪的焊接电源，其特征在于，还包括：

电源传感器，检测所述焊接电源的实际电流/实际电压；

第一处理模块，连接所述电源传感器，获取所述实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系；

控制模块，连接所述第一处理模块，基于所述实际电流/实际电压与理论电流/理论电压之间的关系调整所述焊枪的运行速度或者焊枪的送丝速度。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括：

焊接检测传感器，位于所述焊枪前方，测量焊接前序缺口的实际截面参数；

第二处理模块，连接所述焊接检测传感器，获取所述实际截面参数和理论截面参数之间的关系，发送给所述控制模块；

所述控制模块基于所述实际截面参数和理论截面参数之间的关系控制所述焊接电源的电压/电流、所述焊枪的运行轨迹、运行速度或者送丝速度。

3.根据权利要求2所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接检测传感器包括线激光传感器或线阵相机。

4.根据权利要求2所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括：

位置调整机构，所述焊接检测传感器安装于所述位置调整机构，所述位置调整机构将所述焊接检测传感器调整至所述焊枪的后方，所述焊接检测传感器测量焊枪焊接得到焊缝的实际质量参数。

5.根据权利要求4所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括：

显示器，连接所述焊接检测传感器，显示所述焊缝的实际质量参数。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统包括：

上位机；

焊接变位机，与所述上位机以及显示器一体化；

焊丝，安装于所述焊枪；

保护气管，向所述焊丝提供保护气体；

送丝机，安装所述焊丝并调节所述焊丝的送丝速度。

7.根据权利要求6所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括：

流量传感器，安装于所述保护气管，测量所述保护气管送气流量；

保护气瓶，连接所述保护气管，向所述保护气管提供保护气体的气源。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的焊接系统，其特征在于，控制柜，安装于所述焊接机器人，调节所述焊接机器人的焊接参数。

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